土壤空气

存在于土壤中气体的总称

土壤空气是指存在于土壤中气体的总称。分别以自由态存在于土壤孔隙中，以溶解态存在于土壤水中，以吸附态存在于土粒中。

介绍

土壤孔隙中的气体称为土壤空气。土壤空气基本上是由大气而来，但也有少部分产生于土壤中生物化学过程。土壤空气是土壤重要组成成分之一，对于植物生长和土壤形成有重大意义。

性质

存在的状态

土壤空气按其物理状态可分为自由态、吸附态和溶解态三种。

自由态空气存在于土壤孔隙中，其容量主要决定于土粒的排列状况及水分的含量。土粒排列的疏松或紧密决定着孔隙的容积。疏松排列的孔隙容积占47.64%，而紧密排列的仅有25.95%。这是一个理论计算值，而在土壤中则有很大的变异。通常是按土壤总孔隙度P=（1-容量/比重）*100%和水分所占孔隙之差来确定空气的容量。这部分空气一般具有最大的易动性和有效性，而且随着孔径的减小而逐渐减弱。

吸附态空气主要是指土壤颗粒表面吸附的空气。早在1556—1557年研究者就指出吸附在土壤颗粒表面的气体是难于和土粒分开的。

溶解态空气是指溶于土壤溶液中（或水中）的气体。气体在水中的溶解度是随着气体分压的增加和温度的降低而增高。土壤溶液中的气体会改变溶液的性质，如CO2增加则促使土集中碳酸盐、磷酸盐等盐类溶解度的高。O2、H2、N2、H2S等气体对土壤溶液的氧化还原过程有着亘大的影响。

对上述三种状态的空气的研究，以自由态空气为多，这可能是因为它在土壤和植物生命过程中起着比较重要的作用。其次，溶解态空气在沼泽土、水稻土以及地下水位较高的土壤中的变化常引起人们的注意。

土壤空气容量

这方面的工作多偏重于说明土壤的某一性质（如土壤的结构性）或直接对植物生长发育的影响。

影响土壤空气容量的土壤因素主要是土壤的质地和结构性。砂质土壤、结构性良好的土壤和腐殖质土壤中皆含有比较多的空气，而土壤团粒的大小是决定土壤空气容量的重要因子。

组成

土壤空气组成和大气组成相近，但在数量上却有显著的不同。其中氮气的容积百分比最高，在一般条件下它是不溶于水的，所以它在土壤中的变化是极其微小的。其次是氧气，它的变化很大，一般皆低于大气中的含量，但是土壤空气中的CO2含量却比大气中高得多。

基本规律：

（1）土壤室气中CO2的含量比O2大气中多，而O2则相反，其变化也较大气中大。

（2）表层（Al层或耕作层）土壤空气与大气中的组成极为相近，随着深度的加深差异愈来愈大。

（3）CO2和O2含量的变化成反相关，二者之和稍低于大气中的含量。

（4）CO2含量的变化随着植物的生长发育而逐渐增高，发育最盛期达到最高（禾本科植物是拔节期，豆科植物是始花期），以后随着植物的成熟而逐渐下降到最低值，O2则相反。

（5）CO2含量的变化随着温度的升高而增加，一般在夏季（7—8月）达到最高，冬季最低，O2则相反。但是，也有人得到与此相反的结论，其原因是由于土壤空气受到地表结冰层的影响，扩散速度降到最小，阻隔了土壤空气和大气的交换。因此，各类土壤所处的具体条件不同，也是影响土壤空气季节性变化的重要因素。

（6）土壤室气组成的变化与土壤中生物活性的强弱密切相关，植物根系和微生物的活动有利于增加土壤空气中CO2的含量。

交换

影响土壤空气和大气不断相互交换的因素如下：

（1）气象条件：包括大气和土壤温度的变化、空气压力变化、降雨和风力的作用等。

（2）土壤物理及化学性质：包括土壤的通气性、空气容量、土壤质地、结构和水分状况、有机质的含量以及养分分布状况等。

（3）土缓生物及生物化学作用：包括土壤微生物区系和动物区系及其活动能力以及植物根系呼吸作用等。

（4）人类生产活动：包括耕作、施肥、灌溉、排水等制度以及其他农业技术措施等。

上述四类因素彼此间的关系是十分密切而不可分割的。事实上，对于土壤空气与大气的交换过程的影响是上述因素综合起作用的结果。但是，每一因素省有其特点，有时甚至是起主导作用的，而土壤空气交换的方式却只能是通过气体扩散作用来实现。

扩散作用

土壤空气运动的理论是建立在气体分子运动学说的基础上的。根据气体分子运动学说，所有气体分子是向所有方向永恒运动。组成气体的各个成分的运动强度是由该种气体2戎分在气体组成中的浓度（或称分压）所决定，这就是气体的扩散作用。土壤空气中CO2的含量比大气中多，而O2相反。因此，就必然以扩散的方式使土壤空气与大气进行着不断的交换。

影响

土壤空气对成土过程、对土壤氧化还原过程、在土壤结构形成中的作用、对养分转化以及对植物种子发芽和植株生长发育等方面均有影响。

对成土过程的影响

土壤空气对土壤的化学及生物过程的影响较大，因此，土壤空气在成土过程中起着重要的作用。空气溶于水，由于氧的作用可以氧化某些矿物，例如硫铁矿在氧的作用下可以变成溶解态的硫酸铁。这一过程不仅可以增加易溶性的铁盐，而且还可以氧化低铁化合物以减少对植物的危害。

对氧化还原过程及养分转化的影响

土缓室气在调节土壤的氧化还原条件上具有重要的作用。当土壤水分趁多时，土壤空气的含量明显下降，气体扩散作用大大减弱，土壤可以在不长的时期由原来以氧化过程为主而转向以还原过程为主的状况。

一般认为，土壤处于空气充足、扩散作用较强的条件下，有机化合物分解的最终产物为二氧化碳、水、稍酸、硫酸、磷酸等盐类以及钙、镁、钾、铁等化合物。这些都是可以供给植物生长发育的营养物质。但是，在涌气不良、扩散作用很弱的土壤中，有机物质分解的最终产物有各种还原性化合物和有害于植物的气体，如甲烷、硫化氢、氨、醛类以及低价铁和锰。这些产物在不同程度上皆有害于植物和土壤生物的正常活动。

土壤中氮素化合物的分解和转化与外界条件的关系十分密切，而土壤空气状况只是一个方面。土壤中氨化作用可以在土壤通气的任何条件下进行，但稍化作用并非如此，而是需要足够空气（氧）的供应。

对土壤结构形成的影响

土壤空气状况对土壤肥力重要因素之一的团粒结构形成问题的研究，在农业生产上是很有意义的。为了恢复和提高土缓肥力，种植多年生牧草是很有成效的农业措施，因为种植多年生牧草在土壤团粒结构形成上起着宜大的作用。

对植物生长发育的影响

土壤通气性与植物生长发育的关系是在研究植物呼吸作用社程中逐渐明确起来的。许多工作证明植物根系（包括块茎植物）和地上部器官的形成皆要求有足够的氧气供应，如缺氧则生长受到抑制或停止。但是，各类植物对土壤通气性的要求是不相同的，如水生植物对氧气的需要就比较弱。CO2和O2的浓度只在一定范围内对植物生长是相互起作用的。但从田间实际情况出发，CO2浓度过高的土壤是极其有限的，因此CO2和O2比较起来其意义是十分有限的。同时，仅仅考虑到浓度还不够，而它在土壤中的扩散往往比起它的绝对浓度更加重要，这已为许多学者所公认。

与大气的异同

土壤空气的组成与大气相似，但有差别。

（1）土壤空气中的二氧化碳含量高于大气；

（2）土壤空气中的氧气含量低于大气；

（3）土壤空气中的相对湿度高；

（4）土壤空气中的含有较高的还原性气体（甲烷CH4、硫化氢H2S等）；

（5）土壤空气的组成和数量处于变化中。

土壤空气与大气组成的比较（容积%）

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